JVM 调优指南：关键参数和优化实践

一、堆内存大小调整

堆内存是 JVM 中用来存放对象的主要区域，合理配置堆内存可以减少垃圾回收（GC）的频率和停顿时间。

  • -Xms（或 -XX:InitialHeapSize）：初始堆大小。通常设置为 Xmx 的相同值，避免运行时动态扩展堆内存，减少性能开销。
  • -Xmx（或 -XX:MaxHeapSize）：最大堆大小，避免内存过度使用，导致系统资源不足。

调优建议：
根据应用的内存需求和服务器的内存容量，合理设置堆大小。堆过小会导致频繁 GC，堆过大可能导致其他进程性能下降。

二、垃圾回收器（GC）选择

JVM 提供了多种垃圾回收器，可用于不同的性能需求和场景：

  • -XX:+UseParallelGC：并行 GC，适用于吞吐量优先的应用，适合多核服务器。
  • -XX:+UseG1GC：G1 GC，适用于低延迟需求的应用，尤其是大堆内存场景，减少 GC 停顿。
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC：CMS GC，减少老年代的停顿时间，适用于低延迟场景。

调优建议：
在吞吐量优先的场景下，优先选择并行 GC；对延迟敏感或大内存的场景推荐 G1 GC 和 CMS GC。

三、年轻代和老年代的大小配置

年轻代存放短期对象，老年代则用于存放生命周期较长的对象。合理设置年轻代和老年代的大小，可以提升 GC 效率。

  • -XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize：年轻代的初始和最大大小。
  • -XX:SurvivorRatio：Eden 区与 Survivor 区的比例。SurvivorRatio=8 表示 Eden:Survivor=8:1:1。
  • -XX:NewRatio：年轻代和老年代的大小比例，如 -XX:NewRatio=2 表示年轻代为堆大小的 1/2。

调优建议：
年轻代越大，GC 间隔越长，但 GC 耗时也更高。应用初期可设置年轻代较大，减少对象频繁进入老年代。

四、元空间大小（Metaspace）

元空间用于存储类元数据，应用程序中加载的类越多，元空间需求越大。

  • -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize：元空间的初始和最大大小。
  • Metaspace 使用本地内存，可以根据实际类加载量设置，避免频繁触发 GC。

调优建议：
类较多的应用可以适当增大 Metaspace 大小，避免 OutOfMemoryError，同时监控元空间的使用情况。

五、GC 日志

GC 日志记录 GC 执行信息，是分析 JVM 性能的重要工具。

  • -XX:+PrintGCDetails：输出详细的 GC 日志，帮助分析内存分配和垃圾回收情况。
  • -XX:+PrintGCTimeStamps：输出 GC 时间戳，便于时间序列分析。
  • -Xlog:gc*（JDK 9 以上）：标准化 GC 日志配置。

调优建议：
启用 GC 日志并分析 GC 日志工具（如 GCeasy）以识别 GC 问题，优化内存和回收策略。

六、并行 GC 线程数

并行 GC 通过多线程并发执行垃圾回收，可提升垃圾回收效率。

  • -XX:ParallelGCThreads：并行 GC 线程数，通常为 CPU 核心数的 1/2 到 3/4。
  • -XX:ConcGCThreads：CMS 和 G1 GC 的并发线程数。

调优建议：
线程数过高会影响应用性能，过低则降低 GC 效率。为高并发场景调整线程数以平衡性能。

七、直接内存大小（Direct Memory）

直接内存不在堆内，主要用于 NIO（如网络通信）。若不设置，默认与 -Xmx 相同。

  • -XX:MaxDirectMemorySize：设置最大直接内存大小。适用于频繁使用 NIO 操作的应用。

调优建议：
NIO 应用建议合理设置直接内存大小，避免过大导致系统内存不足或不必要的内存占用。

八、OOM（Out of Memory）处理

在 OOM 时保存堆转储文件，以便分析内存泄漏原因。

  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：OOM 时生成堆转储文件，便于分析。
  • -XX:HeapDumpPath=/path/to/dump：指定 OOM 堆转储文件的保存路径。
  • -XX:+ExitOnOutOfMemoryError：在 OOM 时自动退出 JVM，适用于稳定性要求较高的应用。

调优建议：
在生产环境启用这些选项可以快速定位 OOM 问题，必要时自动重启恢复服务。

九、压缩指针

压缩指针减少对象指针所占内存，提高内存利用率和效率。

  • -XX:+UseCompressedOops：启用压缩指针，适用于 64 位 JVM。

调优建议：
压缩指针适用于绝大多数应用，一般无需特别设置。

十、线程栈大小

线程栈用于存储每个线程的局部变量和方法调用信息。

  • -Xss：设置每个线程的栈大小，常用大小为 512 KB 到 1 MB。

调优建议：
高并发应用适当减小栈大小，避免过高的内存消耗。

调优总结

  1. 分析应用需求：确定应用对吞吐量、延迟的需求，从而选择合适的垃圾回收器和 GC 策略。
  2. 基准测试和监控：基于性能测试和实际负载，逐步调整 JVM 参数，并持续监控 GC 日志、内存使用情况。
  3. 持续优化：定期复查 GC 日志和内存状态，根据负载调整配置，以适应不同阶段和场景的资源需求。